JPH0625685B2 - フローセンサ - Google Patents
フローセンサInfo
- Publication number
- JPH0625685B2 JPH0625685B2 JP1275017A JP27501789A JPH0625685B2 JP H0625685 B2 JPH0625685 B2 JP H0625685B2 JP 1275017 A JP1275017 A JP 1275017A JP 27501789 A JP27501789 A JP 27501789A JP H0625685 B2 JPH0625685 B2 JP H0625685B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- flow sensor
- measuring resistance
- temperature measuring
- resistance
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、極めて微少な気体の流速を検出するフローセ
ンサに関するものである。
ンサに関するものである。
第４図は従来のマイクロブリツジフローセンサを示す斜
視図である。同図において、半導体基台１の中央部には
異方性エツチングにより左右の開口２，３を連通する貫
通孔４が形成されており、この貫通孔４の上部には半導
体基台１からブリツジ状に空間的に隔離され、結果的に
半導体基台１から熱的に絶縁された橋絡部５が形成され
ている。この橋絡部５の表面には、薄膜のヒータエレメ
ント７とそれを挾む薄膜の測温抵抗エレメント８，９と
が配列して形成されている。また、半導体基台１上の角
部には薄膜の周囲測温抵抗エレメント１０が形成されて
いる。
視図である。同図において、半導体基台１の中央部には
異方性エツチングにより左右の開口２，３を連通する貫
通孔４が形成されており、この貫通孔４の上部には半導
体基台１からブリツジ状に空間的に隔離され、結果的に
半導体基台１から熱的に絶縁された橋絡部５が形成され
ている。この橋絡部５の表面には、薄膜のヒータエレメ
ント７とそれを挾む薄膜の測温抵抗エレメント８，９と
が配列して形成されている。また、半導体基台１上の角
部には薄膜の周囲測温抵抗エレメント１０が形成されて
いる。
また、第５図(a)，(b)は第４図に示すマイクロブリツジ
フローセンサの動作を示す説明図である。ここで、同図
(a)は各エレメントの温度分布を示し、同図(b)は第４図
のIVＢ−IVＢ′線断面を示している。なお、６は熱伝導
率の低い材料からなる保護膜である。
フローセンサの動作を示す説明図である。ここで、同図
(a)は各エレメントの温度分布を示し、同図(b)は第４図
のIVＢ−IVＢ′線断面を示している。なお、６は熱伝導
率の低い材料からなる保護膜である。
さて、ヒータエレメント７を周囲温度よりもある一定の
高い温度th4，th5（例えば、６３℃：周囲温度基準）で
制御すると、測温抵抗エレメント８，９の温度t6，t
7（例えば、３５℃：周囲温度基準）は第５図(a)に示す
ようにヒータエレメント７の温度th4，th5を中心として
略対称となる。このとき、例えば第４図に示す矢印１１
の方向からの気体が移動すると、上流側の測温抵抗エレ
メント８は冷却されΔT6だけ降温する。一方、下流側の
測温抵抗エレメント９は気体の流れを媒体としてヒータ
エレメント７からの熱伝導が促進され、温度がΔT7だけ
昇温するために温度差が生じる。そこで、ヒータエレメ
ント８，９をホイートストンブリツジ回路に組み込むこ
とにより、温度差を電圧に変換でき、流速に応じた電圧
出力が得られ、第６図に示すように気体の流速を検出す
ることができる。
高い温度th4，th5（例えば、６３℃：周囲温度基準）で
制御すると、測温抵抗エレメント８，９の温度t6，t
7（例えば、３５℃：周囲温度基準）は第５図(a)に示す
ようにヒータエレメント７の温度th4，th5を中心として
略対称となる。このとき、例えば第４図に示す矢印１１
の方向からの気体が移動すると、上流側の測温抵抗エレ
メント８は冷却されΔT6だけ降温する。一方、下流側の
測温抵抗エレメント９は気体の流れを媒体としてヒータ
エレメント７からの熱伝導が促進され、温度がΔT7だけ
昇温するために温度差が生じる。そこで、ヒータエレメ
ント８，９をホイートストンブリツジ回路に組み込むこ
とにより、温度差を電圧に変換でき、流速に応じた電圧
出力が得られ、第６図に示すように気体の流速を検出す
ることができる。
このように従来のマイクロブリツジフローセンサは、薄
膜技術および異方性エツチング技術により形成された極
めて熱容量の小さい薄膜橋絡構造を有するもので、応答
速度が極めて速く、高感度，低消費電力であり、しかも
量産性が良いなどの優れた特徴を有している。
膜技術および異方性エツチング技術により形成された極
めて熱容量の小さい薄膜橋絡構造を有するもので、応答
速度が極めて速く、高感度，低消費電力であり、しかも
量産性が良いなどの優れた特徴を有している。
しかしながら、従来のマイクロブリツジフローセンサ
は、第７図に示すようにスリツト状の中央開口１２を有
して２つの橋絡部５ａ，５ｂを形成し、この中央開口１
２を挾んでヒータエレメント７を形成するとともにその
外側部に測温抵抗エレメント８，９を形成する構造を有
し、矢印１１から移動する気体の流れによつて生じるヒ
ータエレメント７の加熱による温度分布の乱れを測温抵
抗エレメント８，９の抵抗値の変化により検出している
が、この測温抵抗エレメント８，９が温度変化の高い部
位のみに配設しているので、抵抗値変化が流速に比例す
ることから、流速が減少すると、例えば平均流速10cm/s
ec程度の低流速域での流速を計測することが困難となる
という問題があつた。
は、第７図に示すようにスリツト状の中央開口１２を有
して２つの橋絡部５ａ，５ｂを形成し、この中央開口１
２を挾んでヒータエレメント７を形成するとともにその
外側部に測温抵抗エレメント８，９を形成する構造を有
し、矢印１１から移動する気体の流れによつて生じるヒ
ータエレメント７の加熱による温度分布の乱れを測温抵
抗エレメント８，９の抵抗値の変化により検出している
が、この測温抵抗エレメント８，９が温度変化の高い部
位のみに配設しているので、抵抗値変化が流速に比例す
ることから、流速が減少すると、例えば平均流速10cm/s
ec程度の低流速域での流速を計測することが困難となる
という問題があつた。
このような課題を解決するために本発明は、基台の表面
に少なくとも２組の橋絡部を設け、かつ各橋絡部の表面
に気体が流れる上流から下流に向つて第１の側温抵抗
体，発熱体，第２の測温抵抗体を順次配列して設けると
ともに各第１の側温抵抗体，各発熱体，各第２の測温抵
抗体同志が直列接続される構成を有している。
に少なくとも２組の橋絡部を設け、かつ各橋絡部の表面
に気体が流れる上流から下流に向つて第１の側温抵抗
体，発熱体，第２の測温抵抗体を順次配列して設けると
ともに各第１の側温抵抗体，各発熱体，各第２の測温抵
抗体同志が直列接続される構成を有している。
本発明においては、各測温抵抗体が直列接続されること
により、気体の流量に対する抵抗値変化が増大するの
で、流量に比例する温度変化分が積算されて出力される
ことになる。
により、気体の流量に対する抵抗値変化が増大するの
で、流量に比例する温度変化分が積算されて出力される
ことになる。
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は本発明によるフローセンサーの一実施例を示す
平面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付し
てある。同図において、半導体基台１の中央部上面に
は、異方性エツチングにより気体の流れる矢印１１方向
に沿つてそれぞれ流入開口２１，２２および流出開口３
１，３２を連通する２組の貫通孔４１，４２が形成され
ており、これらの貫通孔４１，４２の上部には半導体基
台１からブリツジ状に空間的に離隔され、結果的に半導
体基台１から熱的に絶縁されたそれぞれ橋絡部５１，５
２が形成されている。これらの各橋絡部５１，５２の表
面には、図示しないが保護膜に挾持されてそれぞれ薄膜
パターンからなるヒータエレメント７１，７２と、それ
らの両端側にそれぞれ薄膜パターンからなる上流測温抵
抗エレメント８１，８２および下流側測温抵抗エレメン
ト９１，９２とが配列されてそれぞれ第１のフローセン
サ部13１と第２のフローセンサ部13２とからなるツイン
ブリツジ構造を有して構成されている。そして、各橋絡
部５１，５２上に形成されたそれぞれ上流側測温抵抗エ
レメント８１，８２はパターン接続部８ａを介して直列
接続され、外部回路接続用電極端子８ｂ，８ｃ間に接続
され、また、ヒータエレメント７１，７２は周囲測温抵
抗エレメント１０とともにパターン接続部７ａ，７ｂを
介して直列接続され、外部回路接続用電極端子７ｃ，７
ｄ間に接続され、さらに下流側測温抵抗エレメント
９１，９２も同様にパターン接続部９ａを介して直列接
続され、外部回路接続用電極端子９ｂ，９ｃ間に接続さ
れている。
平面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付し
てある。同図において、半導体基台１の中央部上面に
は、異方性エツチングにより気体の流れる矢印１１方向
に沿つてそれぞれ流入開口２１，２２および流出開口３
１，３２を連通する２組の貫通孔４１，４２が形成され
ており、これらの貫通孔４１，４２の上部には半導体基
台１からブリツジ状に空間的に離隔され、結果的に半導
体基台１から熱的に絶縁されたそれぞれ橋絡部５１，５
２が形成されている。これらの各橋絡部５１，５２の表
面には、図示しないが保護膜に挾持されてそれぞれ薄膜
パターンからなるヒータエレメント７１，７２と、それ
らの両端側にそれぞれ薄膜パターンからなる上流測温抵
抗エレメント８１，８２および下流側測温抵抗エレメン
ト９１，９２とが配列されてそれぞれ第１のフローセン
サ部13１と第２のフローセンサ部13２とからなるツイン
ブリツジ構造を有して構成されている。そして、各橋絡
部５１，５２上に形成されたそれぞれ上流側測温抵抗エ
レメント８１，８２はパターン接続部８ａを介して直列
接続され、外部回路接続用電極端子８ｂ，８ｃ間に接続
され、また、ヒータエレメント７１，７２は周囲測温抵
抗エレメント１０とともにパターン接続部７ａ，７ｂを
介して直列接続され、外部回路接続用電極端子７ｃ，７
ｄ間に接続され、さらに下流側測温抵抗エレメント
９１，９２も同様にパターン接続部９ａを介して直列接
続され、外部回路接続用電極端子９ｂ，９ｃ間に接続さ
れている。
このような構成によると、上流側温抵抗エレメント
８１，８２が直列接続されて抵抗値変化の大きい１組の
上流側測温抵抗エレメントが構成され、また、下流側測
温抵抗エレメント９１，９２が直列接続されて抵抗値変
化の大きい１組の下流側測温抵抗エレメントが構成され
ることになり、第２図に示すようにその抵抗値変化特性
IIはシングルブリツジ構造（第４参照）の抵抗値変化特
性Ｉの約２倍となる。したがつて第１のフローセンサ部
13１，第２のフローセンサ部13２の流量Ｆに対する各温
度差をΔＴ１，ΔＴ２とすると、流量Ｆに比例する温度
変化分が積算され、その感度Ｓ２は（ΔＴ１＋ΔＴ２）
／Ｆとなり、シングルブリツジ構造（Ｓ１＝ΔＴ１／
Ｆ）の約２倍の感度が得られる。
８１，８２が直列接続されて抵抗値変化の大きい１組の
上流側測温抵抗エレメントが構成され、また、下流側測
温抵抗エレメント９１，９２が直列接続されて抵抗値変
化の大きい１組の下流側測温抵抗エレメントが構成され
ることになり、第２図に示すようにその抵抗値変化特性
IIはシングルブリツジ構造（第４参照）の抵抗値変化特
性Ｉの約２倍となる。したがつて第１のフローセンサ部
13１，第２のフローセンサ部13２の流量Ｆに対する各温
度差をΔＴ１，ΔＴ２とすると、流量Ｆに比例する温度
変化分が積算され、その感度Ｓ２は（ΔＴ１＋ΔＴ２）
／Ｆとなり、シングルブリツジ構造（Ｓ１＝ΔＴ１／
Ｆ）の約２倍の感度が得られる。
第３図は本発明によるフローセンサの他の実施例を示す
平面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付し
てある。同図において、第１図と異なる点は、半導体基
台１の上面には第１のフローセンサ部13１，第２のフロ
ーセンサ部13２とほぼ同等構成からなる第３のフローセ
ンサ部13３が設けられてトリプルプリツジ構造を有して
構成されている。即ち、同図において、２３は流入開
口、３３は流出開口、４３は貫通孔、５３は橋絡部、７
３はヒータエレメント、８３は上流側測温抵抗エレメン
ト、９３は下流側測温抵抗エレメントであり、上流側測
温抵抗エレメント８１，８２，８３はそれぞれパターン
接続部８ａ，８ｄを介して電極端子８ｂ，８ｃ間に直列
接続され、また、ヒータエレント７１，７２，７３は周
囲測温抵抗エレメント10とともにパターン接続部７ａ，
７ｂ，７ｅ，を介して電極端子７ｃ，７ｄ間に直列接続
され、さらに下流側測温抵抗エレメント９１，９２，９
３も同様にパターン接続部９ａ，９ｄを介して電極端子
９ｂ，９ｃ間に直列接続されている。
平面図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付し
てある。同図において、第１図と異なる点は、半導体基
台１の上面には第１のフローセンサ部13１，第２のフロ
ーセンサ部13２とほぼ同等構成からなる第３のフローセ
ンサ部13３が設けられてトリプルプリツジ構造を有して
構成されている。即ち、同図において、２３は流入開
口、３３は流出開口、４３は貫通孔、５３は橋絡部、７
３はヒータエレメント、８３は上流側測温抵抗エレメン
ト、９３は下流側測温抵抗エレメントであり、上流側測
温抵抗エレメント８１，８２，８３はそれぞれパターン
接続部８ａ，８ｄを介して電極端子８ｂ，８ｃ間に直列
接続され、また、ヒータエレント７１，７２，７３は周
囲測温抵抗エレメント10とともにパターン接続部７ａ，
７ｂ，７ｅ，を介して電極端子７ｃ，７ｄ間に直列接続
され、さらに下流側測温抵抗エレメント９１，９２，９
３も同様にパターン接続部９ａ，９ｄを介して電極端子
９ｂ，９ｃ間に直列接続されている。
このような構成においても、上流側測温抵抗エレメント
８１，８２，８３の直列接続および下流側測温抵抗エレ
ント９１，９２，９３の直列接続により、それぞれ抵抗
値変化の大きい上流側測温抵抗エレメントおよび下流側
測温抵抗エレメントが構成されることになり、第２図に
示すようにその抵抗値変化特性IIIはシングルブリツジ
構造の抵抗値変化特性Ｉの約３倍となる。したがつて第
１のフローセンサ部13１，第２のフローセンサ部13２，
第３のフローセンサ部13３の流量Ｆに対する各温度差を
ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３とすると、流量Ｆに比例する温
度変化分が積算され、その感度Ｓ３は（ΔＴ１＋ΔＴ２
＋ΔＴ３）／Ｆとなり、シングルブリツジ構造の約３倍
の感度が得られる。
８１，８２，８３の直列接続および下流側測温抵抗エレ
ント９１，９２，９３の直列接続により、それぞれ抵抗
値変化の大きい上流側測温抵抗エレメントおよび下流側
測温抵抗エレメントが構成されることになり、第２図に
示すようにその抵抗値変化特性IIIはシングルブリツジ
構造の抵抗値変化特性Ｉの約３倍となる。したがつて第
１のフローセンサ部13１，第２のフローセンサ部13２，
第３のフローセンサ部13３の流量Ｆに対する各温度差を
ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３とすると、流量Ｆに比例する温
度変化分が積算され、その感度Ｓ３は（ΔＴ１＋ΔＴ２
＋ΔＴ３）／Ｆとなり、シングルブリツジ構造の約３倍
の感度が得られる。
また、前述した構成によると、半導体基台１上に複数組
の薄膜橋絡構造および第１の測温抵抗体，発熱体，第２
の測温抵抗体を設けたことにより、従来構造では本実施
例と同等の抵抗体長を有するためには半導体基台の形状
が大きくなりすぎて強度上の問題があつたのに対して強
度上の問題がなくなり、しかも抵抗体面積も広くとるこ
とができる。
の薄膜橋絡構造および第１の測温抵抗体，発熱体，第２
の測温抵抗体を設けたことにより、従来構造では本実施
例と同等の抵抗体長を有するためには半導体基台の形状
が大きくなりすぎて強度上の問題があつたのに対して強
度上の問題がなくなり、しかも抵抗体面積も広くとるこ
とができる。
なお、前述した実施例においては、マイクロブリツジ構
造について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、ダイヤフラム構造に適用しても同様の効果が
得られることは勿論である。
造について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、ダイヤフラム構造に適用しても同様の効果が
得られることは勿論である。
以上説明したように本発明によれば、各測温抵抗体が直
列接続されることにより、気体の流量に対する抵抗値変
化が増大するので、流量に比例する温度変化分が積算さ
れて出力され、したがつて低流量域における温度変化が
検出でき、感度向上効果が得られる。
列接続されることにより、気体の流量に対する抵抗値変
化が増大するので、流量に比例する温度変化分が積算さ
れて出力され、したがつて低流量域における温度変化が
検出でき、感度向上効果が得られる。
第１図は本発明によるフローセンサの一実施例を示す平
面図、第２図はフローセンサ部の累積数と抵抗値の変化
との関係を示す図、第３図は本発明によるフローセンサ
の他の実施例を示す平面図、第４図は従来のフローセン
サを示す斜視図、第５図(a)，(b)は第４図に示すフロー
センサの動作を示す説明図、第６図は電圧出力に対する
流速の関係を示す特性図、第７図は従来のフローセンサ
の検出部の構成を示す要部拡大平面図である。 １……半導体基台、２１，２２，２３，３１，３２，３
３……開口、４１，４２，４３……貫通孔、５１，
５２，５３……橋絡部、７１，７２，７３……ヒータエ
レメント、８１，８２，８３……上流側測温抵抗エレメ
ント、９１，９２，９３……下流側測温抵抗エレメン
ト、１０……周囲測温抵抗エレメント、13１……第１の
フローセンサ部、13２……第２のフローセンサ部、13３
……第３のフローセンサ部。
面図、第２図はフローセンサ部の累積数と抵抗値の変化
との関係を示す図、第３図は本発明によるフローセンサ
の他の実施例を示す平面図、第４図は従来のフローセン
サを示す斜視図、第５図(a)，(b)は第４図に示すフロー
センサの動作を示す説明図、第６図は電圧出力に対する
流速の関係を示す特性図、第７図は従来のフローセンサ
の検出部の構成を示す要部拡大平面図である。 １……半導体基台、２１，２２，２３，３１，３２，３
３……開口、４１，４２，４３……貫通孔、５１，
５２，５３……橋絡部、７１，７２，７３……ヒータエ
レメント、８１，８２，８３……上流側測温抵抗エレメ
ント、９１，９２，９３……下流側測温抵抗エレメン
ト、１０……周囲測温抵抗エレメント、13１……第１の
フローセンサ部、13２……第２のフローセンサ部、13３
……第３のフローセンサ部。
Claims (1)
- 【請求項１】基台の上面に気体の流れる少なくとも２組
の薄膜橋絡構造を設け、かつ前記各橋絡構造の上流から
下流に向かって第１の測温抵抗体，発熱体，第２の測温
抵抗体を順次配列して設けるとともに前記各第１の測温
抵抗体，各発熱体，各第２の測温抵抗体同志を互いに直
列接続させたことを特徴とするフローセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1275017A JPH0625685B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | フローセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1275017A JPH0625685B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | フローセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03137521A JPH03137521A (ja) | 1991-06-12 |
| JPH0625685B2 true JPH0625685B2 (ja) | 1994-04-06 |
Family
ID=17549720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1275017A Expired - Lifetime JPH0625685B2 (ja) | 1989-10-24 | 1989-10-24 | フローセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0625685B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3484372B2 (ja) * | 1999-06-10 | 2004-01-06 | 三菱電機株式会社 | 感熱式流量センサ |
-
1989
- 1989-10-24 JP JP1275017A patent/JPH0625685B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03137521A (ja) | 1991-06-12 |
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